У жуков обоих полов развились механизмы, которые позволяют их сперме и яйцеклеткам быстро справляться с возрастающим изменением температуры окружающей среды. Исследовательская группа говорит, что результаты помогут видам защитить себя от изменения климата.
Повышающиеся и более изменчивые глобальные температуры создают проблемы для биоразнообразия — особенно для воспроизводства, которое является термически чувствительным. Функция сперматозоидов и яйцеклеток является ключом к продолжению жизни, и у большинства видов они должны функционировать в очень изменчивой среде. Например, это сперма рыб, попадающая в море, или яйца, откладываемые насекомыми на растениях.
Исследовательская группа использовала хрущака малого булавоусого (Tribolium castaneum) в качестве модели, чтобы понять влияние более теплой и прохладной среды на репродукцию. Большинство животных являются «хладнокровными», поэтому изменения их термальной среды влияют на целый ряд биологических функций, включая функцию сперматозоидов и яйцеклеток, а также репродукцию.
В исследовании изучалось, как тепловые изменения влияют на развитие сперматозоидов и яйцеклеток и могут ли оба пола жуков производить сперму и яйца, соответствующие окружающей среде, в которой они собирались жить, оплодотворяться и развиваться в потомстве.
Их первое открытие состояло в том, что размеры сперматозоидов и яйцеклеток быстро менялись в зависимости от температуры, в которой их вырабатывала взрослая особь. В более теплых условиях сперма становилась меньше, а яйцеклетка — больше.
Этот противоположный результат был интересным открытием, поскольку предполагал, что происходит нечто более сложное, чем один метаболический ответ обоими типами клеток в одном направлении. Поэтому исследователи провели эксперименты по пересадке, чтобы увидеть, как взрослые, выращенные для производства сперматозоидов и яйцеклеток при одной температуре, производят при той же согласованной температуре или при другой несоответствующей. Проще говоря, они выращивали взрослых в теплой или жаркой среде, а затем измеряли репродуктивную способность сперматозоидов и яйцеклеток в этой среде.
Как сперма, так и яйцеклетки в более горячей среде с температурой 38 °C показали себя намного лучше по сравнению со спермой и яйцеклетками, выращенными в более прохладной среде с температурой 30 °C. Исследователи обнаружили обратное отношение активности и жизнеспособности для яйцеклеток и сперматозоидов, полученных в более прохладной среде с температурой 30 °C.
В более жарких условиях эксперименты показали, что это адаптивное тепловое сопоставление позволило серьезно улучшить репродукцию. Мужские особи могут удвоить свой репродуктивный успех, а женские — на 33% по сравнению с репродукцией в несоответствующих средах.
Так ученые нашли доказательства того, что любые особи приспосабливают что-то внутри своих сперматозоидов и яйцеклеток. Это позволяет им функционально согласовывать свою текущую тепловую среду с неизбежной репродуктивной средой. Они могут делать это в течение нескольких дней, подвергаясь воздействию другой температуры.
Все это имело эволюционный смысл, поскольку функции сперматозоидов и яйцеклеток зависят от температуры, а у большинства видов сперматозоиды и яйцеклетки работают в различных условиях, особенно в отношении температуры.
Ученые еще точно не знают, как работают эти механизмы, которые могут включать функциональные изменения в биологии сперматозоидов и яйцеклеток или быстрое эпигенетическое перепрограммирование для оптимизации оплодотворения и развития эмбрионов. Но работа показывает, что виды могут нести новые механизмы для буферизации себя различными способами против изменения климата.